XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Применение явления электромагнитной индукции
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Проблема, на которую указывает проект:
Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, а также скорострельности орудия, возможность бесшумного выстрела (если скорость снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда), теоретически, большая надежность и износостойкость, а так же возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.
Цель работы:
Целью данного проекта является воспроизведение рабочей модели пушки Гаусса для визуального и практического изучения, а также дать возможность опробовать её зрителям
Задачи в проекте:
Задачей данного проекта является анализ теоретических данных и сборка рабочей модели пушки Гаусса на основе этих данных
Теоретическая часть
Основа работы
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (в нашем случае из карбона). В один из концов ствола вставляется снаряд, сделанный из ферромагнетика. При протекании электрического тока в соленоиде возникает электромагнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы большой ёмкости и с высоким рабочим напряжением. Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.
Какие детали потребуются и откуда их брать?
Для создания Гаусс пушки потребуется:
Преобразователь DC с 8-32V до ± 45V-390V
Конденсатор 450V, емкостью1000 мкФ
Лакированная проволока 0.7 мм на 10 метров
Тиристор 40TPS12A
Кнопка без фиксации
Переключатель на 3 позиции
Контейнер для кроны 2 шт.
Диод на 1000В 1A
Резистор с сопротивлением 62 ом
Аккумуляторы формата крона емкостью 1А 2шт.
Карбоновая трубка 6х8х50 мм
Какой корпус выбрать?
Исследуя интернет, можно наткнуться на всевозможные вариации корпусов, начиная от деревянных, заканчивая сваренными металлическими моделями. В нашем случае автор решил выбрать среднюю позицию и создать корпус из пластика, используя 3D принтер.
Практическая часть
Создание 3D модели
Автор данного проекта решил создать 3D модель корпуса в программы Fusion 360. Сбор данных с страниц товаров, а именно размеров, занял около часа. Дальнейшая грубая модель создавалась в течение часа, однако таким его нельзя было оставить и было решено произвести косметическую доработку (см. приложение 1). В общей сумме на разработку корпуса было затрачено около пяти часов.
Печать и зачистка корпуса
Печать каждой половины корпуса затратила по, приблизительно, 20 часов (см. приложение 2). Зачистка от поддержек происходила вручную с помощью плоскогубцев, пинцета и ножей (см. приложение 3).
Электронная схема
Было несколько вариантов осуществления схемы:
Использовать без тиристорную схему
Использовать схему с тиристором
Автор в данном случае решил использовать схему с тиристором, т.к. без его использования будут происходить мощные хлопки, которые будут плохо влиять на преобразовывающую схему. Для открытия тиристора нужно 2,5 вольта, которые мы получим при помощи небольшого резистора на 62 ом.
Но всё это не имеет смысла без конденсатора! В качестве конденсатора я выбрал электролитический, т.к. он обладает возможностью моментально выпустить всю накопленную энергию. Однако потребуется его чем-то зарядить и для этого будет использован преобразователь с 18-ти до 400 вольт. Но потребуется еще одна деталь – диод на 1200 вольт. Иными словами – это клапан, которые не даст высокому напряжению протечь обратно в плату, т.к. это может привести ее выводу из строя и взрыву аккумуляторов.
Следующий шаг – это питание. Для него будут использоваться перезаряжаемые аккумуляторы крона заместо литий ионных аккумуляторов ввиду их большего напряжение и примерно одинаковой ёмкости
Куда нам без выключателя? Верный вопрос и для его решения был куплен выключатель на 3 положения:
Зарядка конденсатора
Бездействие
Режим огня
Схема выглядит так (см. приложение 4)
Окончательная сборка
После всех действий оставалось выставить расстояние от патрона до катушки, уложить провода и электрику, приклеить магнит на ствол и зарядить аккумуляторы.
После всех махинаций внутренности пушки Гаусса стали выглядеть так (см. приложение 5), а внешний вид так (см. приложение 6)
Тесты пушки гаусса
После нужных настроек и проведенных опытов (см. приложения 7 и 8) пушка Гаусса начала стрелять довольно сильно. На первом показе в школе она оставила вмятину на двери торцом, ввиду не аэродинамичного патрона.
Также стало известно, что использование аккумуляторов «Крона» типа Li-Po увеличивает мощность и снижает скорость зарядки по сравнению с магазинными аналогами на щелочной технологии
Заключение
В современном мире пушка Гаусса не выглядит перспективно ввиду не пришедшего времени нужных технологий. На данным момент аккумуляторы не развиты настолько хорошо, чтобы спокойно заряжать мощный конденсатор, приходится использовать преобразователи и / или большое количество банок.
Также из-за причин, описанных выше и дополнительных, в виде дорогостоящих качественных деталей (если мы их берем условно с Японии), то такое оружие не будет лучше, чем современное огнестрельное. Тем более в космосе войны не ведутся на данный момент.
Список использованных источников
Преобразователь: http://ali.pub/4vzqyb
Конденсатор: http://ali.pub/4vzrtm
Тиристоры: http://got.by/393qb5
Кнопка: http://ali.pub/598glj
Переключатель: http://ali.pub/4vzsii
Контейнер для кроны: http://ali.pub/4vzsst
Диод: http://ali.pub/598gtb
Резистор: http://ali.pub/4x4cg9
Статья на Википедии: https://ru.wikipedia.org/wiki/Пушка_Гаусса
Приложения
Приложение 1
Приложение 2
(Печать началась после около 6-8 часов печати)
https://www.youtube.com/watch?v=-zTGG_5-6X0
Приложение 3 (клик, чтобы открыть)
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7 (клик, чтобы открыть)
Приложение 8 (клик, чтобы открыть)